23248

بررسي تأثير وجود تونل بر اندركنش گسلش و پي سطحي و روش‌ هاي كاهش خسارات بر پي هاي سطحي (مطالعه عددي و آزمايشگاهي)

دكتري تخصصي

ژئوتكنيك

1394

1399/11/04

دكتر عليرضا سعيدي عزيزكندي - دكتر محمدحسن بازيار

عمران

در هنگام وقوع زلزله، در اثر جابجايي تفاضلي طرفين گسل، سطح زمين دچار گسيختگي شده و به سازه‌هاي سطحي و زيرسطحي در مجاورت گسل خسارات جدي وارد مي‌شود. تحقيقات گذشته نشان مي‌دهد كه حضور تونل در محدوده‌ گسل مي‌تواند موجب انحراف مسير گسيختگي ناشي از گسل و همچنين تغيير شكل سطح زمين شود. در اين تحقيق به صورت عددي و آزمايشگاهي به بررسي تأثير حضور تونل بر اندركنش بين گسل معكوس و پي سطحي پرداخته شد و اثر پارامترهاي مختلف مانند موقعيت پي سطحي، عمق و قطر تونل و موقعيت تونل نسبت به خط گسل مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه در برخي موارد حضور تونل مي‌تواند موجب افزايش دوران پي و آسيب جدي به سازه‌هاي سطحي شود. با تغيير قطر تونل، در الگوي كلي گسيختگي و كرنش‌هاي برشي اطراف تونل تغيير قابل‌توجهي مشاهده نمي‌شود. با اين حال، افزايش قطر تونل و همچنين عمق مدفون آن موجب انحراف و انتشار مسير گسيختگي در محدوده بيشتري از لايه خاك مي‌شود كه به دنبال آن ناحيه عريض‌تري از سطح زمين تحت تأثير گسلش قرار مي‌گيرد. ايجاد حفرات در اطراف پوشش تونل منجر به از دست دادن تماس بين خاك و پوشش مي‌شود كه در طراحي‌هاي مهندسي ضروري است مورد توجه قرار گيرد. با توجه به تأثير حضور تونل‌ها به عنوان زيرساخت‌هاي حياتي در حمل‌و‌نقل شهري بر عملكرد سازه‌هاي سطحي در مناطق لرزه‌خيز كه تحت اثر جابجايي‌هاي ناشي از گسلش هستند، اتخاذ راهكارهايي جهت كاهش آسيب ناشي از گسلش بر پي‌هاي سطحي بايد مورد توجه قرار گيرد. يكي از روش‌هايي كه به منظور كاهش اثرات ناشي از گسلش بر پي‌هاي سطحي مورد توجه محققين قرار گرفته است استفاده از ديوار قائم ساخته شده از مصالح نرم نسبت به خاك اطراف مي‌باشد. اگر اين ديوار در مسير گسيختگي قرار نگيرد نمي‌تواند از پي محافظت كند و گسلش به پي مي‌رسد و در صورت دوران قابل‌توجه به سازه آسيب جدي وارد خواهد شد. در اين تحقيق يك راه‌حل ابتكاري براي كاهش خطر گسلش سطحي براي سازه‌هاي محافظت‌شده با ديوار قائم ساخته شده از صفحات پلي‌استرن (EPS) در صورت عدم اطمينان از تقاطع ديوار قائم با مسير گسيختگي معرفي گرديد. در اين راستا حفر يك ديوار مايل سخت در زير پي در انحراف مسير گسيختگي مؤثر است و اثر‌بخشي آن به صلبيت، شيب و ضخامت ديوار مايل بستگي دارد. در پايان با انجام مطالعات عددي، اثر‌بخشي ديوار قائم از جنس پلي استرن انبساطي در مجاورت پي بر اندركنش گسل-پي-تونل بررسي شد. ديوار قائم EPS در صورت قرار گرفتن در مسير گسيختگي، با داشتن مقاومت برشي كمتر از خاك و قابليت فشردگي بالا مسير گسيختگي را به سمت خود منحرف مي‌كند و موجب كاهش دوران پي سطحي مي‌شود.

1399/12/05

Investigating the Effect of Tunnel Existence on Fault–Foundation Interaction and Hazard Mitigation Measures for Shallow Foundations (Experimental and Numerical Study)

1/23/2021 12:00:00 AM

Permanent ground deformations induced by fault movements can be damaging to engineering structures built on or near active faults. Most experimental and numerical studies have so far confirmed the fact that the presence of a tunnel in the vicinity of an active fault can change the zone of large deformations on the ground surface. This research investigates experimentally and numerically the effect of tunnel existence on the interaction between a reverse fault and a shallow foundation using. This study also analyzes the manner in which a foundation in faulting zones responds to various parameters such as foundation position, tunnel depth and diameter, and the position of the tunnel relative to the rupture path in free-field condition. The results show that the existence of a tunnel, in some cases, can increase the foundation rotation. Varying the tunnel diameter did not cause any significant changes in the general pattern of failure and the location of shear planes near the tunnel. However, a tunnel with a larger diameter causes the rupture to deviate and propagate in a wider area of the soil layer. It was found that increasing the tunnel depth extends a branch of the rupture path towards the footwall and expands the shear zone on a wider area. The formation of cavities in the tunnel invert due to fault rupture should be consider in the practical design. Several researchers evaluated the effectiveness of excavating a vertical trench adjacent to the foundation filled with expanded polystyrene sheets (EPS). If the installed wall is not in the path of fault rupture, the faulting zone develops toward the foundation, and the resultant excessive rotation of an unprotected foundation can cause significant damages to a building. This research introduces a new effective approach including a weak vertical wall and a strong inclined wall under a shallow foundation to reduce its rotations caused by fault rupture. It is shown that the effectiveness of weak vertical wall completely depends on the relative position of foundation to the fault outcrop. Construction of a strong inclined wall beneath the foundation can protect the structure, improved by weak vertical wall. The reliability of this approach largely depends on the rigidity, slope and thickness of the strong inclined wall. The results proved that the application of this approach could reduce the potential of damage to the surface foundations, located in different relative positions to the reverse faults with various dip angles. In the end, the effectiveness of a trench filled with EPS near the foundation on fault rupture-foundation-tunnel interaction was investigated. EPS possesses a low shear strength and high compressibility, allowing it to absorb fault induced rupture and to mitigate the surface fault rupture, which in turn leads to less rotation of the foundation.

گسل معكوس , تونل , اندركنش گسل-پي , كاهش خطر گسلش

Reverse Fault , Underground Tunnel , Fault–Foundation Interaction , Hazard Mitigation